沿海城市對城市雕塑的侵蝕程度差異
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摘要:建筑物集中造成城市空間單一、枯燥和擁擠，城市雕塑作品可帶來美化和裝飾的作用。以沿海城市的城市雕塑景觀為探究對象，研究在沿海氣候特征下雕塑的侵蝕程度差異。首先，針對制作雕塑景觀的原料砂巖，需進行侵蝕作用模擬實驗，選取城市雕塑砂巖樣本在風驅(qū)雨模擬條件下進行風洞侵蝕實驗及水巖作用實驗;然后，通過對砂巖雕塑樣本實現(xiàn)風洞侵蝕模擬實驗后，可獲知侵蝕量伴隨風速增強而增大，對砂巖實現(xiàn)室內(nèi)水巖作用實驗后可知礦物轉(zhuǎn)化量增加，產(chǎn)生礦物量越多表明巖體的抗侵蝕能力越低，會增加雕塑侵蝕程度。通過利用模擬實驗實現(xiàn)了對城市雕塑景觀侵蝕程度的分析，為保護雕塑作品提供數(shù)據(jù)支持。
關鍵詞:沿海城市;氣候特征;城市景觀雕塑;侵蝕
前言
在空間分布上，水力侵蝕和風力侵蝕存在一定地域性，例如中國南方大部分地區(qū)，全國主要降水量都集中在東部地區(qū)及南部地區(qū)，因此水力侵蝕是該區(qū)域的主要方式;而風力侵蝕絕大部分是發(fā)生在中國西部半干旱或干旱地區(qū)，該地區(qū)氣候特點為年降水量非常少，并且伴有很強烈的風，因此風力侵蝕為該區(qū)域較為明顯的侵蝕方式。但有些地區(qū)則是兩種方式交叉的侵蝕方式，也就是水力侵蝕同時與風力侵蝕相結合的侵蝕類型。在風力侵蝕與水力侵蝕交叉的區(qū)域是兩種侵蝕方式復合作用，該問題屬于重點探討的問題和治理的薄弱環(huán)節(jié)。兩種復合侵蝕作用結合會受到多方面外界因素的影響，其形成過程和作用機理較為復雜，單項侵蝕方式和多項侵蝕方式作用結果也不盡相同，因此目前研究該問題的很多學者并不能給出侵蝕作用機理的詳細解釋，需要繼續(xù)對該問題的有效解決方式進行探討［4－5］。因為氣候條件和人為因素的制約和影響，不同地區(qū)地表侵蝕機理和過程存在著不同方式?；臼怯蓶|南地區(qū)的水力侵蝕方式到西北干旱地區(qū)的風力侵蝕方式，由于存在不同氣候特征，所以在中國構成了一條風力和水力侵蝕帶，分布范圍包括季風氣候區(qū)域和干旱氣候區(qū)域，影響范圍非常廣。風水復合侵蝕是環(huán)境問題中較為復雜的侵蝕方式，文中將沿海城市的景觀雕塑作為研究對象，研究其在該區(qū)域氣候特征下的風水侵蝕程度。首先，影響雕塑的常見方式為水利侵蝕和風力侵蝕，根據(jù)該特點對具有沿海氣候特征城市的砂巖雕塑進行侵蝕作用實驗，以雕塑砂巖為實驗樣品，設定在風驅(qū)雨的模擬條件下實現(xiàn)風洞侵蝕模擬實驗;其次，在進行實驗后獲取風洞實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)可判斷風力和水力增強的情況下，雕塑巖體樣品的侵蝕程度也會伴隨加重，再利用室內(nèi)水巖作用模擬實驗對取樣巖體進行模擬實驗，可獲知巖體出現(xiàn)礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，并伴有大量沉淀物，表明經(jīng)過水力侵蝕后巖體被嚴重侵蝕且?guī)r體變脆，增加了侵蝕程度［6－7］。
1風洞侵蝕模擬實驗及結果分析
1．1實驗準備及實驗過程
實驗中準備從某沿海城市中的兩個雕塑作品進行取樣，其中一個雕塑作品為距今150年的巖體，編號為M巖體;另一雕塑作品為距今50年的巖體，編號為L巖體;在兩個雕塑作品上各選取20cm×15cm×10cm大小的巖塊，共6塊，其中從M雕塑巖體取3塊，從L雕塑巖體取3塊，將樣品進行預處理。根據(jù)沿海城市的氣候特征設定實驗條件，實驗在某大學風工程研究中心實施進行，實驗設定條件滿足當?shù)貧夂蛱卣?。實驗準備過程中，利用鐵架子固定設備，鐵架質(zhì)量要求重則進行風模擬實驗時不容易被吹倒或振動，能保證實驗過程中具有較強的穩(wěn)定性，同時準備收集裝置，方便巖塊被侵蝕后的殘體樣品收集。
1．2實驗過程
根據(jù)實驗前設定的風速和雨速實驗條件，進行風雨組合模擬實驗，設定12種實驗條件，每2個樣品為一組，共6組，每一組經(jīng)歷一種實驗設定條件，且每一組中的2個樣品進行同步實驗，利用傳統(tǒng)收集法對被風雨侵蝕過的巖體進行殘體樣品收集，將收集后的殘體樣品進行烘干并稱重，再將其與實驗前的巖體質(zhì)量進行對比，即為侵蝕量。在雕塑樣品進行實驗前，表面還較為平滑，但在完成實驗過程后，樣品表面出現(xiàn)了蜂窩狀的小細孔，且表面非常粗糙，通過測量顯示部分最深侵蝕深度已經(jīng)達5mm，說明巖體樣本受到風雨復合侵蝕作用較為明顯。由于雕塑樣品巖體受到風雨復合侵蝕作用，因此文中運用侵蝕深度具體表述樣品受到的侵蝕程度，采用收集法收集巖體被侵蝕而產(chǎn)生的殘體，烘干稱重后計算侵蝕深度，具體描述如下:h=10m［(1－ω)ρA］(1)式中:樣品巖體侵蝕深度由h表示;由于風雨復合侵蝕作用而產(chǎn)生的殘體質(zhì)量由m表示;巖體初始含水率由ω表示;巖體密度由ρ表示;被侵蝕面積由A表示。
1．3實驗數(shù)據(jù)及結果分析
(1)通過上小節(jié)設定的實驗條件及給定的侵蝕度計算方法，現(xiàn)給定風速為10m/s和15m/s的實驗條件，雨速為變量的情況下，兩類樣品巖體的侵蝕量數(shù)據(jù)表.通過上述數(shù)據(jù)可知在風雨復合侵蝕情況下，巖體樣品與風速和雨強的關系曲線圖，10m/s時，通過變換雨強參數(shù)條件進行巖體樣品侵蝕M類樣品①與M類樣品②是伴隨雨強參數(shù)增加巖體侵蝕程度加重;.通過圖中兩條曲線可看出，曲線變化趨勢也是隨著雨強參數(shù)的增加，侵蝕程度也在不斷增加，雨強由20mm/h增加到60mm/h過程中，M類巖體樣品的侵蝕深度也隨之增加。(2)根據(jù)預先設定的實驗條件對L類雕塑巖體進行實驗，風速參數(shù)條件與雨強參數(shù)條件均與上述實驗條件一致，則獲得L類巖體樣品侵蝕程度數(shù)據(jù)表.通過對L類巖體樣品的數(shù)據(jù)觀察可看出，整體數(shù)據(jù)顯示出伴隨雨強參數(shù)的增加，巖體樣品的侵蝕程度在加重，對巖體樣品的侵蝕程度影響較風速參數(shù)變化后對巖體樣品的侵蝕程度影響弱，因此對比兩種侵蝕方式，風力侵蝕較為嚴重。由M類與L類巖體樣品對比可看出，侵蝕程度嚴重與否也與城市雕塑巖體樣品的年份存在一定關系，M類樣品距離現(xiàn)今年份較遠因此該類樣品受到侵蝕程度更為嚴重。
2室內(nèi)水巖作用模擬實驗
以上實驗主要是模擬風力對砂巖侵蝕后獲取的實驗結果，該小節(jié)實驗則是從水力侵蝕方式對砂巖侵蝕產(chǎn)生的現(xiàn)象進行研究。
2．1實驗材料及器材
以某沿海城市的砂巖體雕塑為實驗對象，選取組成分相同的樣品實驗器材制作:將巖體切割成長短適中的柱體，用保鮮膜包裹并固定于裝置底部的插槽中，在插槽下面平鋪兩層濾紙，將濾紙預留出幾個空洞以便海水流出。頂端裝置一個水流控制開關，用來控制水流速度大小，通過收集從巖體流出的海水測定水中所含化學成分。
2．2實驗結果及分析
根據(jù)實驗設定條件為3組砂巖體，分別對樣品進行編號為SY－A、SY－B、SY－C3，各組砂巖對應產(chǎn)生一組水樣并進行采集。通過對比海水初始值與采集值的數(shù)據(jù)可看出，Mg2+、Ca－和HCO－3元素的濃度值明顯比初始濃度值降低;Na－和K+比較初始濃度值高;Cl－初始濃度值與采集值并未有明顯變化。造成以上濃度發(fā)生變化的原因是砂巖中的重要成分鉀長石、石膏和斜長石等礦物質(zhì)的溶解，以及云母石和方解石及水云母等礦物質(zhì)的沉淀。通過對比海水初始值和采集值可看出該實驗裝置設計合理，符合水力侵蝕化學機理。根據(jù)上述實驗裝置可獲得3組砂巖中礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量數(shù)據(jù)表.礦物轉(zhuǎn)出量越多表明巖體孔隙度變化越大，溶解物質(zhì)越多沉淀物質(zhì)也越多，因此孔隙度大會直接導致巖體雕塑作用的抗侵蝕能力減弱，使巖體變的脆弱。
3結論
城市雕塑具有美化和裝飾城市的作用，由于普通雕塑大部分是由巖體雕琢而成，因此文中針對具有明顯氣候特征的沿海城市中的雕塑作品進行侵蝕程度差異分析。首先，由于氣候原因風化侵蝕和雨化侵蝕是影響雕塑耐久性最為常見的侵蝕方式，針對制作雕塑景觀的原料砂巖，需進行侵蝕作用模擬實驗，選取城市雕塑砂巖樣本在風驅(qū)雨模擬條件下進行風洞侵蝕實驗及水巖作用實驗;然后，通過對砂巖雕塑樣本實現(xiàn)風洞侵蝕模擬實驗后，可獲知侵蝕量伴隨風速增強而增大，對砂巖實現(xiàn)水巖作用實驗后可知礦物轉(zhuǎn)化量增加，產(chǎn)生的礦物量則越多表明巖體的抗侵蝕能力降低，會增加雕塑侵蝕程度。
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作者:戚嬋 單位:哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院 深圳市土地房產(chǎn)交易中心
